2018-9-28 高二第一段不等式

無法因式分解配方時,常使用作商法:

已知$a,b$是正數,求證$a^{a} b^{b}\geq a^{b}b^{a}$,當且僅當$a=b$時,等號成立。

證明:作商如下 \[ \frac{a^{a}b^{b}}{a^{b}b^{a}}=\frac{a^{a-b}}{b^{a-b}}=\left( \frac{a} {b}\right) ^{a-b} \] 由對稱性,不妨設$a\geq b$(交換$a,b$ 的位置,不等式不變),則$\frac {a}{b}\geq1$且$a-b\leq0$。
函數$y=\left( \frac{a}{b}\right) ^{x}$在$ \mathbb{R} $上是遞增函數,則 \[ \left( \frac{a}{b}\right) ^{a-b}\geq\left( \frac{a}{b}\right) ^{0}=1 \] 從而 \[ \frac{a^{a}b^{b}}{a^{b}b^{a}}\geq1\Rightarrow a^{a}b^{b}\geq a^{b}b^{a} \] 原不等式得證,當且僅當$a=b$ 時,不等式成立。

反思:若$a\lt b$,則$\frac{a}{b}\lt 1$且$a-b\lt 0$。
函數$y=\left( \frac{a}{b}\right) ^{x}$在$ \mathbb{R} $ 上是遞減函數,同樣有 \[ \left( \frac{a}{b}\right) ^{a-b}\gt \left( \frac{a}{b}\right) ^{0}=1 \]


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